-
Anordnung zur Übertragung von Bewegungen auf Motoren, die auf dem
Rotor und Stator je eine lWehrphasendrehfeldwicklung besitzen Gegenstand der Erfindung
ist eine Anordnung zur vollkommen synchronen übertragung der hinsichtlich des Drehsinnes
willkürlichen und hinsichtlich der Winkelgeschwindigkeit in weiten Grenzen beliebigen
Drehung einer leicht drehbaren Indikator.-welle auf die Rotoren eines Motors Oder
mehrerer beliebig leistungsfähiger Elektromotoren. Diese tragen in bekannter Weise
auf dem Stator und Rotor Mehrphasendrehfeldwicklungen, die gemäß der Erfindung aus
je einen? Mehrphasenkollektorgenerator gespeist werden. Diese werden von einem Antriiebsmotor
mit normalter Nebenschlußcharakteristik angetrieben, der ein Gleichstromnebemschlußmotor,
aber auch ein Explosionsmotor oder eine andere Kraftmaschine sein kann, die bei
der Belastung o auf eine bestimmte Umlaufzahl läuft und bei Belastung einen möglichst
geringen Abfall aufweist. Die in den umlaufenden Massen dieses Antriebs Motors,
der Kollektorgeneratoren und allenfalls eines zusätzlichen Schwungrades aufgespeicherten
kinetischen Energien ge,#vährleisten bei plötzlichen, kurzdauernden, starken Belastungsstößen
an dem gesteuerten Motoreine in bezug auf die elektrischen Verhältnisse hinreichende
Konstanz der Tourenzahl der Kollektorgeneratoren.
-
Zum Verständnis der Anordnung soll zunächst die Wirkungsweise der
gesteuerten Motoren erläutert werden: Diese Motoren sind mehrphasige Drehfeldmot,üren
rnit symmetrischen Drehfel.dwicklunlyen sowohl in den Statoren als auch in den Rotoren.
Legt man beispielsweise an den Stator symmetrische Mehrphas,e@uwechs;el,spannung
vom Betrage El und der Wechselzahl f, so wird, wenn p Polpaare vorhanden sind und
das Stillstandsübersetzungsverhältnis zwischen Stator und Rotor »ei;ns« beträgt,
bei einer Tourenzahl tt des Rbtors in diesein eine Mehrphasenwechsel,spannung der
Wechselzahl
von der Größe
induziert. Legt man, ohne die Statorseite abzuschalten, an die Mehrphas;enw icklung
des sich mit der Tourenzahl tt drehenden Rotors über Schleifringe eine Mehrphasenspalnnung
von i Betrage E'2 = E. und der Wechselzahl f die mit der Statorspannung ähinlich
zusammenh:ängt wie die Spannungen verschieden, poliger Mehrpha,engeneratoren, die
auf geni@einsamer Welle sitzen oider durch eine Zalmradübersetzung miteinander mechanisch
verbunden sind, so erhält der beschriebene
Drehfeldm,oibor den Charaktereiner
Synchronmaschine bekannter Art. Seine Tourenzahl liegt durch die Beziehung
fest. Er ist über- bzw. untererregt für E''. größer als E'2 und unter- bzw. übererregt
für E''. kleiner als E@. Sein höchstes synchronisierendes Drehmoment, das er gegel.-benenfalls
aufzubringen imstande ist, wird am größten, wenn
gewählt wird, wobei man bei gleichzeitiger Veränderung von f1 und f2 außerdem darauf
zu achten hat, daß der durch die Motortype festgelegte Betriebsdrehfluß seinen Wert
beibehält. Es gilt demnach für die günstigsten Spannungsverhältnisse EI=
c f 1 und E'2 - E, = c f 2,
wobei c eine für den Motor charakteristische
Konstante bedeutet.
-
Die Mehrphasenspannungen E'1 und E''2 werden bei der vorltiegenden
Anordnung von den beiden mechanisch gekuppielten Kollektorgeneraboren erzeugt, deren
Wirkungsiweise nunmiehr beschriebien werden sohl: Diese Kollekbormaschmen besitzen
in bekannLer Art eine symmetrisehc Mehrphasenwicklung im Stator und eigne geschlossene
Gleichstromwicklung auf dem Rotor. Die Betrachtungen seien auf das einfachste Mehxlphasensystem,
d. h. auf Drehstrom, beschränkt.
-
Gemäß der in. Abb. 1 skizzierten Schaltauig liegen Statur s und Rotor
r :eines. Kollektorgenerators, die bei gleycheun Strom gleiche Amp.erewindungen
aufweisen soHen, elektrisch in Reihe. Wird die Maschine über die Klemmen k mit Drehstrom
beschickt, so sind für das Drehfeld die resultierenden Amperewin.-dungen von Statur
und Rotor maßgebend. Die Ro@toramperewindungen lassen sich durch Verdrehen der Bürsten
relativ zu den Statorampeneivindungen räumlich verschiebein. Es kann somit eine
Bürstenstellung gefunden werden, bei der die resultiealenden Ampierewin; dangen
verschwinden. Der soeben erwähnte Fall sei die Betriebsbürstenei;nstellung der die
Doppeldrehfeldmotoren speisenden Generatoren.
-
Es sei varübergehend angenommen, daß im Statoreisen eine zweite Drehstromwicklung,
.eine besondere Errbgerwiicklung e, untergebracht sei, wie Abb. 2 zeigt. Beschickt
man diesle Erregerwicklung mit Drehstrom be-
stimmter Frequenz, so werden
sowohl im eigentlichen Stator als auch im Rotor Drehspannungen induziert, deren
Wechselzahl mit Rücksicht auf die Frequenztransformation durch den Kollektor von
der Tourenzahl n des Rotors unabhängig ist und mit der Frequenz des Erregerdrehstromes
übereinstimmt. Bei Stillstand des Rotors sind, weil gleiche ma.-gnetomotorische
Kräfte bei gleichen Strömen vorausgesetzt sind, die im S,tator und Rotor induzierten
Spannungen von der gleichen Größe, haben aber nut Rücksicht auf die präzisierte
Bürstenstellung entgegengesetztes Vorzeichen. Die reis:ulUerende Spannung an den
Generatorklemmen k verschwindet somit bei Stillstand des Rotors.
-
Dreht sich jedoch der Rotort beispele weysie im Sinne dies Drehfeldes,
so nimmt die darin induzierte Spannung ab, während die im Stator s induzierte: Spannung
ihre ursprüngliche Größe beibehält. Die resultierende Spannung an den Generatorklemmen
k ist somit bei sich drehendem Rotor von »Nulle< verschieden, und zwar wächst
sie hei gleichbleibendem Drellfluß proportional. mit der Tourenzahl des Rotors.
Wird der Generator belastet, so fließt der ßelastungsstrem sowohl durch die S.tator-
als auch durch die Rotorwicklung, erzeugt jedoch kein resultierendes zusätzliches
Drehfeld (Rückwirkungsfeld), weil Stator und Rotor hinsichtlich der Amperewindungen
gleichwertig gebaut sind und die Bür stenstellung so gewählt-ist, daß die resultierenden
Amperewindung@en verschwinden.
-
Es folgt daraus, daß der Erregerstrom vom Blelastungsstrorn nicht
heeinflußt wird, und daß außerdem die Spannungsabfälle bei jeder Art der Belastung
auf die Streuinduktivität's-und Widerstandsianbeile beschränkt sind. Dem Generator
können im Gegensatz zum gewöhnlichen Wechselstremgenerabor größere Ströme entnommen
werden, ohne daß dabei die Spannung stark zurückgeht.
-
Abb.3 zeigt schematisch ein Ausführungsheispieleiner Gesamtanlage,
die zur Verstellung von parallel eschalteten Doppeldrehfeldmoboren M_, lVl' dient.
Diesle werden beherrscht von einer IndikatorweUe J, die in Abhängigkeit von irgendwelchen
Vorgängen verstellt wird.
-
Bei diesem Ausfülu-ungsbeäspiel besitzen die Mehrphasenkollektorgeneratoren
Gl und G2, deren einer, G1, die Rotoren r der Motoren l@l, all', deren anderer,
G2, die S.tatorwicklungen s speist, keine zusätzlichen Erreg erwicklungen. Der Erregerstrom
wird durch die Sekundärwicklungen x und x' je zweier auf der Primärseite in Reihe
geschalteter S,tufenstromwandlier TI., T_ und T2, T2 sowohl über die
Bürsten b dem Anker als auch dem Stator
der Generatoren geliefert.
Die Rotoren der Generatoren sind auf einer Welle W angeordnet, die durch einen Gleichstromnebenschlußimotor
Gm mit möglichst gleichmäßiger Geschwindigkeit angetrieben werden. Die Wel'leW kann
mit zusätzlichen Schwungmassen versehen sein. Der Motor Gm ist an ein- Netz Gn angeschlossen.
Die Transformatoren T; und 72 bilden zugleich auch Zwischentran;!-formatoren
zwischen dem Stator und dem Rotor des zugehörigen Generators. Sie besitzen deshalb
noch eine dritte Wicklung y, die mit der Wicklüng x' und der S,tatorwicklung des
betreffenden Kollektorgenerators verbunden ist.
-
Die Verteilung der Erregeramperewindungen auf Stator und Rotor der
Kollektorgeneratoren bezweckt die Beseitigung jedwelcher Blindleistung für die Erregung.
Nimmt man z. B. an, daß die Tourenzahl n des Ankers bei einer Erregerfrequenz von
f = 5o in bezug auf Sinn und Größe mit der Drehfeldumla.ufzahl übereinstimmt, so
wird in der Rotorwicklung keine Spannung induziert. Schickt man somit bei dieser
Frequenz den Erregerstram ausscbließlich durch den Rotor, so hat man zur Erzeugung
des Drehfeldes keine Blindleistung aufzubringen. Anders verhalten sich die Dinge
bei unveränderter Touren; zahl des Ankers und Erregerfrequenzen von beispielsweise
25 und 75 Perioden. Bei 25 Perioden muß man, um die Erregerbad,-leistung
zum Verschwinden zu bringen, den Rotor 5o % und den S.tator 50 0.'o, dagegen bei
75 Perioden den Rotor t 5o % und den Stator - 50 % der notwendigen Erregerainperewindungen
übernehmen lassen.
-
Um die Übersetzungsverhältnisse der Stromwandler T1, Ti und T2, T2'
den verschiedenen Erregerfrequenzen anpassen zu können, sind ihre Priimärwickl;unge.n
z mit fein verteilten Anzapfungen- versehen, die zu von Bürsten a überfahrenen Kontaktfeldern
geführt sind. Zweckmäßig werden diese Stufenschalter nach Art von Kellektoren gestaltet.
Die den Transformatoren T" und Ti sowie T2 und T.,' gruppenweise zugeordneten Bürsten
a werden gemeinsam je von einem Mot..ar ml, m2 mittels Gestänge s1, s. angetrieben.
Diese Motoren werden von Gruppenrelais r1, t@, deren Hauptrelais Rl, 1Z2 nach dem
dynamometrischen Prinzip gestaltet sind und in den Anschlußleittungen der Primärwicklungenz
der StufentransformatorenEegen, in an sich bekannter Schaltung gesteuert. Da ein
dynamometrisches Relais, dessen Stromwicklung in der einen Drehstromleitun g und
dessen Spannungswicklung zwischen den beiden anderen Leitungen liegt, bei cos rp
== t keinen Ausschlag zeigt, werden bei der gezeichneten Schaltungsanordnung die
Bürstzna der Stufenstromwandler selbsttätig so aingestellt, daß die ErregerbUndleistung
bei. jeder bekebigsn Erregerfrequenz verschwindet.
-
Die Verschiebung der Kontaktbürsten a der Stromwandler muß mit großer
Geschwindigkeit sprungweise von Stufe zu Stufe geschehen, damit unzulässige Tertiärström@e,
die infolge der beim Übergang von Kontakt zu Kontakt kurzgeschlossenen Windungen
entstehen, vermieden werden. Als besonders geeignet hat sich zu diesem Zwecke der
Antrieb der Bürsten über ein Maltesergetriiebe erwiesien.
-
hie Spannung, die die Generatoren G1, jG2 an ihren Statorklemmen liefern,
muß proportional deren Erregerfrequenz verändert werden. Dies geschieht, da die
Tourenzahlen der Genleratoranker -als annähernd konstant vorausgesetzt werden, durch
entsprechende Veränderung dies Erregerstromes mittels Widerstände w, die, @entsprechend
verteilt, in die Primärwicklungen z der Stromwandler eingebaut sein können. Die
selbsttätige Span.-nungsreg-elung kann aber auch unabhängig von der Stufenschaltung
des Stromwandlers mittels einer besonderen Widerstandsregelvor; richteng geschehen,
die für sich in Abhängigkeit von der Drehzahl der Steuermotoren ml, m. gesteuert
wird.
-
Die dien Primärwicklungen der Stufentransformatoren zugeführten Erregerströme
werden von besonderen Erregergene .ratorenEi und E2 geliefert. Diese sind gleicher
Art Kollektorgeneratoren wie die Hauptmaschinen G" (-t" jedoch mit dem Unterschied,
daß der Anker im Stator und die offene Dreiphasenwicklung auf dem R01or untergebracht
sind. Die Erregermaschinen besitzen also: einen ruhenden Kollektor und rotierende
Bürsten. Diese werden von einem an das Gleichstromnetz (in angeschossenen Nebenschlußmotor
gnz durch eine WeUew'.gem.einsam angetrieben. Auf jeder Maschine sind zwei getrennte
Ankerwicklungen al, a2 vorhanden, wie oben bei der Besprechung der Hauptgeneratoren
an Hand vorn Abb. 2 beschrüeben ist. Die ein;. Wicklungal cüent zur Kompensation
der Ankerrückwirkung und ist am Kollektor der Maschine angeschlossen. Die zweite,
a2, dient zur Erzeugung des Feldes und erhält den Strom -über den ruhenden Gebeirkollektorg.
Die Kollektorhürsten k sind mit der Indi;-katorwelle J verbunden und sind an das
Gleichstromnetz Gn angeschlossen.
-
Bei Stillstand der Bürsten k besteht in jeder Maschine El bzw. E2
ein ruhendes Feld von ganz bestimmter räumlicher Richtung. Da beide Erregermaschinen
mechanisch gekuppelt und an sich gleich gebaut sind, geben beide Drehströme gleicher
Frequenz ab. Dreht man dagegen die Bürsten des Geber-
| kollekbors g in bestimmtem Sinne, so drehen |
| sich auch die magnetischen Felder in den |
| Erregermaschinen, und zwar ist die, Schal- |
| tung so getroffen, daß die Felddrehung bei |
| der einen der Erregermaschinen im Sinne |
| und bei der anderen Erregermaschine Im. |
| Gegensinne des Ro:torwmlaufes erfolgt. Bei. |
| der erstgenannten Erregermaschine wird so- |
| mit die Frequenz des erzeugten Drehstromes |
| niedriger -und bei der letztgenamüten Maschine |
| höher als bei Stillstand der Geberbiüesten. |
| Somit liefern die Hauptgeneratoren Cri, 02, |
| wenn die Geberbürsten _ k gedreht werden, |
| ihrerseits Drehspannungen verscMedener Fre- |
| quenz, so daß sich die Motoren M und M' |
| drehen, während sie bei. stillstehenden .Geber- |
| bürsten ebenfalls stillstehen. Einer Verdnei- |
| hung der Geberbürsten um. eüien bes:tinnnten |
| Betrag entspricht nämlich eine bestimmte |
| veränderte relative Phasenlage der Erreger- |
| ströme der Generabomen Q1, G2, also eine be- |
| stimmt veränderte relative Phasenlage der |
| Spannungen dieser Generatoren und somit |
| eine bestimmte Verdrehung :der Rotoren M |
| und M. Diese folgen alsio den Gebtexbürsten |
| synchron. |